JP3875311B2 - Ｐｇａソケットモジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＧＡソケットモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータ内のマザーボードには、ＣＰＵ（中央処理装置）としての機能を有する半導体パッケージが搭載されている。このような半導体パッケージとしては、現在のところ、片側面に多数のＩ／Ｏピンが立設されたＰＧＡ（ピングリッドアレイ）タイプが最も普及している。また、この種のＰＧＡは、例えば各Ｉ／Ｏピンをマザーボード側のスルーホールに挿入した後にはんだ付けすることによって実装されるようになっている。
【０００３】
ところで、パーソナルコンピュータのユーザーは、処理の高速化を目的としたパーソナルコンピュータのアップグレードを望む場合がある。この場合、既存のＣＰＵをマザーボードから取り外して、新たに高機能なＣＰＵを搭載することが必要になる。かかる場合の便宜を考慮した結果、近年ではＰＧＡ５１を直接的に実装するのではなく、ソケット５２を介して間接的にマザーボード５３に実装することが一般的になってきている（図９参照）。なお、同図はアップグレード前の状態を示している。
【０００４】
図９に示されるソケット５２の下面には、マザーボード５３側のスルーホールにはんだ付けされるソケット状ピン５４が立設されている。ソケット状ピン５４の上部には、ＰＧＡ５１のＩ／Ｏピン５５を挿通させるための挿通穴が設けられている。かかる穴にＩ／Ｏピン５５を挿通させる結果、マザーボード５３側とＰＧＡ５１側との電気的な接続が図られ、ＰＧＡ５１が動作可能な状態となる。
【０００５】
図１０にはアップグレード後の状態が示されている。同図においては、上側ソケット５６及び下側ソケット５７間に変換基板５８を配置してなるモジュール６６が介在されている。リジッドなプリント配線板からなる変換基板５８には、多数のスルーホールが形成されている。それらのスルーホールのうちの約半数のものには、下側ソケット５７側と変換基板５８側とを電気的に接続するピン５９が挿通されかつはんだ付けされている。また、前記スルーホールのうちの残りのものには、上側ソケット５６の下面から突出するソケット状ピン６０がはんだ付けされている。その結果、上側ソケット５６の挿通穴には、高機能なＰＧＡ６１のＩ／Ｏピン６２が挿抜可能となっている。また、下側ソケット５７の下面側には、ソケット５２のソケット状ピン５４の挿通穴に対して挿抜可能なソケット状ピン６３が突設されている。
【０００６】
そして、変換基板５８において上側ソケット５６の存在しない領域には、信号変換用のプログラムが格納されたＩＣ６４や、電圧を変換するための抵抗６５等が実装されている。従って、このような構成にすると、ＰＧＡ６１をマザーボード５３に適合させることができ、ＰＧＡ６１の本来の性能を充分に発揮できるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図１０のようなＰＧＡソケットモジュール６６を使用した場合、下側ソケット５７と変換基板５８と上側ソケット５６とが必要になることから、必然的に全体が肉厚になる。すると、パーソナルコンピュータの筐体内へのモジュール６６の収容が困難になってしまう。また、この場合には構成が複雑になる、高コストになる等の問題も生じる。
【０００８】
一方、肉厚化等を回避すべくソケット５６，５７や変換基板５８を使用せずにＰＧＡ６１をそのまま搭載した場合には、信号等の変換がなされなくなり高速化を充分に図ることができなくなる。
【０００９】
本発明は上記の課題を解決するためなされたものであり、その目的は、大型化、構成の複雑化、高コスト化を伴うことなく処理の高速化を達成することができるＰＧＡソケットモジュールを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、複数の外部接続用ピンを備える変換基板の上面側に、ＰＧＡのＩ／Ｏピンが挿抜可能な複数のソケット状ピンを備えるソケットを配置してなるＰＧＡソケットモジュールであって、前記変換基板としてのフレキシブルプリント配線板と、前記変換基板を貫通する第１のソケット状ピンと、前記変換基板の上面側に形成された導体回路のパッドに対して先端部がはんだ付けされている第２のソケット状ピンと、前記第２のソケット状ピンの真下に位置し、前記変換基板の下面からの前記第１のソケット状ピンの突出量と同程度に突出し、前記変換基板の下面側に形成されたブラインドバイアホールに基端部がかしめ付けされ、かつはんだ付けされている外部接続用ピンと、前記パッドと外部接続用ピンとの間に配置形成され、前記変換基板の内層に引き回される導体パターンと、を備えることを特徴とするＰＧＡソケットモジュールをその要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記変換基板において前記ソケットの側面よりも張り出した延出領域に湾曲可能部位を設けたことをその要旨とした。
【００１３】
本発明の「作用」を説明する。
請求項１に記載の発明によると、ＰＧＡとマザーボードとの間を行き交う信号が変換基板において変換されることから、ＰＧＡ本来の機能が充分に発揮されうる状態となり、処理の高速化が達成される。また、この構成によると変換基板の下面側にソケットが配置されていないので、従来の構成に比べてモジュール全体が肉薄になり小型化が達成される。さらに、下側ソケットがない分だけ構成的に簡単になり、それに伴って低コスト化も達成される。
【００１４】
また、フレキシブルプリント配線板は概してリジッドなものより肉薄であるため、それを使用することはモジュール全体の肉薄化を図るうえで好適である。さらに、同配線板においてソケットの側面よりも張り出した延出領域があるときでも、そこを垂直方向に湾曲させることができる。従って、外形寸法を小さくすることができ、モジュール全体の小型化を図ることが可能となる。
【００１５】
さらに、フレキシブルプリント配線板を貫通するソケット状ピンも外部接続用ピンとして使用することが可能となる。よって、外部接続用ピンの立設数を従来の半分程度に減少させることができる。ゆえに、ピン立て作業が容易になり、モジュールの製造容易化が図られる。また、フレキシブルプリント配線板にいわば多数の骨材が入った状態になることから、同配線板におけるソケット搭載部分の剛性が確実に向上する。よって、肉薄な配線板の使用が許容されるものとなり、さらなる全体の小型化を図ることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によると、ＰＧＡとマザーボードとの間を行き交う信号が変換基板において変換されることから、ＰＧＡ本来の機能が充分に発揮されうる状態となり、処理の高速化が達成される。また、この構成によると変換基板の下面側にソケットが配置されていないので、従来の構成に比べてモジュール全体が肉薄になり小型化が達成される。さらに、下側ソケットがない分だけ構成的に簡単になり、それに伴って低コスト化も達成される。
【００１７】
また、延出領域にある湾曲可能部位に沿って変換基板を湾曲させることにより、外形寸法を小さくすることができるため、モジュール全体の小型化を図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態のＰＧＡソケットモジュール１を図１〜図４に基づき詳細に説明する。
【００１９】
図１，図２等に示されるように、この実施形態のＰＧＡソケットモジュール１は、変換基板としてのフレキシブルプリント配線板（以下、ＦＰＣと略す。）２の上面側にソケット３を配置してなるものである。
【００２０】
このＦＰＣ２は、矩形状をしたフレキシブルな多層板（本実施形態では６層板）である。同ＦＰＣ２には、図１に示されるように多数のスルーホール４を略ロ字状に配置してなるスルーホール群ＴＨが形成されている。これらのスルーホール４は、一定のピッチで千鳥状に配置されている。前記スルーホール４にはソケット状ピン６が挿入されるようになっている。また、ＦＰＣ２の下面側にはブラインドバイアホール５が多数形成されている。これらのブラインドバイアホール５には、外部接続用ピン７の基端部が挿入されるようになっている。
【００２１】
なお、このＦＰＣ２は、ソケット３よりもいくぶん薄くなっている。従って、同ＦＰＣ２は、延出領域１８の付け根にある湾曲可能部位（図１の破線）Ｂ1 において湾曲されることができるようになっている。
【００２２】
前記ＦＰＣ２の上面側の各所には、外層導体回路の一部である矩形状の電子部品接続用のパッド８，９，１０が形成されている。パッド８はＤＩＰ（デュアルインラインパッケージ）１１を表面実装するためのものであって、ＦＰＣ２における延出領域１８に配置されている。パッド９はＱＦＰ（クアッドフラットパッケージ）１２を表面実装するためのものであって、前記スルーホール群ＴＨによって囲まれた領域に配置されている。パッド１０はチップ抵抗１３を表面実装するためのものであって、ＦＰＣ２における延出領域１８に配置されている。なお、前記パッド１０はＦＰＣ２の下面側にも形成されている。そして、前記電子部品１１，１２，１３は、各パッド８，９，１０に対していずれもはんだＳ1 を介して接合されている。
【００２３】
図４に示されるように、このＦＰＣ２の外層や内層には、複数の導体回路１４が形成されている。これらの導体回路１４のうちのあるものは、隣接するスルーホール４のランド４ａとソケット状ピン接続用パッド１９との間をＦＰＣ２の上面側において電気的に接続している。また、導体回路１４のうちの他のものは、前記スルーホール４と電子部品１１〜１３との間、前記ブラインドバイアホール５と電子部品１１〜１３との間、または電子部品１１〜１３同士の間を電気的に接続している。
【００２４】
ＦＰＣ２のブラインドバイアホール５には、図３（ｂ）に示されるような構成を有する外部接続用ピン７の基端部がかしめ付けられ、かつはんだ付けされている。この外部接続用ピン７は、断面円形状をした導電性棒材２１の基端部よりの位置にフランジ部２２を設けてなるものである。同ピン７においてフランジ部２２よりもさらに基端側の位置には、棒材２１を潰すことで若干偏平状となったかしめ部２３が形成されている。このかしめ部２３は、ブラインドバイアホール５に対してピン７をプレスで圧入する際に塑性変形し、同ブラインドバイアホール５の内壁面に密着するようになっている。なお、前記導電性棒材２１の形成材料としては銅や銅合金等がある。
【００２５】
次に、ソケット３の構成について説明する。図１，図２等に示されるように、ソケット３は正方形状かつ枠状をした部材であって、その外形の大きさは被搭載物であるＰＧＡ２４の大きさにほぼ等しい。ソケット３を構成する絶縁基板２５は、ＱＦＰ１２の収容スペース確保、はんだ付けの容易化、放熱性向上等のための正方形状の中央孔２６を備えている。この中央孔２６の周囲には、断面円形状であって中央孔２６よりも遙かに小径のピン挿通孔２７が多数形成されている。
【００２６】
図３（ａ）には、上記のようなピン挿通孔２７に挿通される第１のソケット状ピン６が示されている。このピン６は、断面円形状をした導電性棒材２８にフランジ部２９を設けてなるものである。ピン６においてフランジ部２９よりも基端部側の部分は、先端部側の部分に比べて太くなっている。この太軸部分には、軸線方向に沿って延びる挿通穴３０が形成されている。この挿通穴３０には、ＰＧＡ２４のＩ／Ｏピン３１が挿抜されるようになっている。そして、上記のソケット状ピン６の基端部は、ピン挿通孔２７の下面側開口から挿入されかつはんだ付けされている。なお、フランジ部２９の下半分は絶縁基板２５の下面側から突出している。また、フランジ部２９の上半分はテーパ面になっており、当該部分は絶縁基板２５に埋没している。フランジ部２９よりも先端側は、細軸部分となっている。
【００２７】
図３（ｃ）に示される第２のソケット状ピン１５は、第１のソケット状ピン６から細軸部分を省略した構造である。このソケット状ピン１５も同様にピン挿通孔２７の下面側開口から挿入されかつはんだ付けされている。
【００２８】
図２に示されるように、マザーボード４１にはあらかじめ固定ソケット４２がはんだ付けによって脱着不能に固定されており、モジュール１はこの固定ソケット４２の上面側に搭載された状態で使用される。このとき、第１のソケット状ピン６及び外部接続用ピン７は、固定ソケット４２の有するソケット状ピン４３の挿通穴に挿通される。なお、部品交換を行う際の便宜を図るため、当該接続部位にははんだ付けがなされない。
【００２９】
一方、使用時においてＰＧＡ２４は、モジュール１を構成するソケット３の上面側に搭載される。このとき、ＰＧＡ２４のＩ／Ｏピン３１は、ソケット３の有するソケット状ピン６の挿通穴３０に挿通される。そして、このときにはＰＧＡ２４側とマザーボード４１側とがモジュール１を介して電気的に接続される。従って、信号等はＰＧＡ２４とマザーボード４１との間を行き交うことが可能となる。その際、信号等がＦＰＣ２の電子部品１１〜１３によって適宜変換されることにより、ＰＧＡ２４本来の機能が充分に発揮される状態となる。
【００３０】
次に、このＰＧＡソケットモジュール１を製造する方法を簡単に紹介する。
まず、ＦＰＣ２及びソケット３を作製する。ＦＰＣ２は、ポリイミド絶縁基板を出発材料とし、サブトラクティブ法やアディティブ法等といった従来公知のパターン形成を行うことによって得ることができる。一方、ソケット３は、枠状の絶縁基板２５にピン挿通孔２７を透設した後、それらに対してソケット状ピン６，１５を挿入することによって得られる。
【００３１】
続く第１のピン立て工程では、ＦＰＣ２のブラインドバイアホール５の下面側開口に対して、外部接続用ピン７の基端部をプレスで圧入する。すると、基端部にあるかしめ部２３が塑性変形することにより、同ピン７がＦＰＣ２に対してかしめ付けられる。このとき各ピン７は、既にある程度強固に支持された状態（仮固定された状態）となる。
【００３２】
続くはんだ印刷工程では、スルーホール４のランド４ａ、ブラインドバイアホール５のランド５ａ及びパッド１９にクリームはんだを印刷する。クリームはんだの印刷は、例えばスクリーン印刷やそれ以外の手法によってなされる。前記クリームはんだとしては、例えば共晶はんだ（Ｐｂ：Ｓｎ＝３７：６３，融点１８３℃）の粉末をベヒクルに分散させてなるもの等が使用される。
【００３３】
続く第２のピン立て工程では、ＦＰＣ２のスルーホール４の上面側開口に対し、ソケット状ピン６の細軸部分を挿通させる。このとき、第１のソケット状ピン６は、スルーホール４を貫通してＦＰＣ２の下面側から大きく突出した状態となる。また、第２のソケット状ピン１５のフランジ部２９の下面は、ソケット状ピン接続用パッド１９の上面に相対した状態となる。
【００３４】
続くリフロー工程では、ソケット３を上側に配置したＦＰＣ２をリフロー炉内にセットした後、クリームはんだが融点する温度付近まで炉内の温度を上昇させる。このような加熱の結果、溶融したはんだＳ1 によって、第１のソケット状ピン６がスルーホール４に接合され、第２のソケット状ピン１５がパッド１９に接合され、かつ外部接続用ピン７がブラインドバイアホール５に接合される。即ち、この方法によると、各ピン６，７，１５が一括してはんだ付けされる。
【００３５】
この後、電子部品１１〜１３をそれぞれのパッド８〜１０に対して個別にはんだ付けすることにより、所望のＰＧＡソケットモジュール１が完成する。このようにして作製されたモジュール１にＰＧＡ２４を搭載したものを、マザーボード４１の固定ソケット４２に搭載すれば、ＰＧＡ２４を高速で動作させることができる。
【００３６】
以下、本実施形態において特徴的な作用効果を列挙する。
（イ）このＰＧＡソケットモジュール１では、ＰＧＡ２４とマザーボード４１との間を行き交う信号が、変換基板としてのＦＰＣ２において変換されるようになっている。このため、ＰＧＡ２４の持つ本来の機能を充分に発揮することができ、処理の高速化を達成することができる。従って、このモジュール１を使用すれば、確実にマイクロコンピュータのアップグレードを図ることができる。
【００３７】
（ロ）このモジュール１は、ＦＰＣ２の上面側のみにソケット３を配置した構成を採っている。従って、変換基板の上下両面側にソケットを配置した従来の構成に比べて全体が肉薄になり、その分だけモジュール１の小型化を達成することができる。さらに、下側ソケットがなくなる分だけ構成的に簡単になり、それに伴って低コスト化も達成することができる。
【００３８】
（ハ）また、ＦＰＣ２はリジッドなプリント配線板よりも肉薄であるため、モジュール全体１の肉薄化に好適である。さらに、ＦＰＣ２における延出領域１８を垂直方向に湾曲させることができるため、それによっても外形寸法を小さくすることが可能である。このこともモジュール１全体の小型化に貢献している。なお、ＦＰＣ２を湾曲させることは必ずしも必須ではなく、マイクロコンピュータの筐体側の収容スペースに応じて実施すればよい。
【００３９】
（ニ）このモジュール１では、ＦＰＣ２を貫通する第１のソケット状ピン６も外部接続用ピン２として使用することが可能である。よって、外部接続用ピン７の立設数を従来の半分程度に減少させることができる。ゆえに、ピン立て作業が容易になり、モジュール１の製造が容易になる。また、ＦＰＣ２にいわば多数の骨材が入った状態になることから、ＦＰＣ２におけるソケット３の搭載部分の剛性が確実に向上する。よって、肉薄なＦＰＣ２の使用を許容するものとなり、このことがさらなる全体の小型化に貢献する。
【００４０】
（ホ）このモジュール１では、ＦＰＣ２のブラインドバイアホール５に外部接続用ピン７の基端部をかしめ付けかつはんだ付けしたピン立て構造を採っている。よって、はんだ付けのみによるピン立て構造にした場合に比べて、確実にピン７の支持強度が向上する。また、支持強度の向上に伴ってピン７の相対的位置に狂いが生じにくくなるため、ピン７の位置精度も高くなる。よって、外部接続用ピン７をＦＰＣ２に対して直かに立設できるようになり、結果として下側のソケットが省略可能となる。
【００４１】
（ヘ）本実施形態では、第１及び第２のピン立て工程を行った後に一括はんだ付けを行うことで、モジュール１を製造することを特徴としている。従って、ソケット状ピン６，１５のはんだ付けと、外部接続用ピン７のはんだ付けとを別個に行ったときに発生する不具合もない。つまり、先に実施したはんだ付け部分のはんだＳ1 の再溶融が回避されるため、外部接続用ピン７の位置精度の悪化を確実に解消することができる。また、一括してはんだ付けを行う方法であると、別個にはんだ付けを行う方法に比べて、作業に要するトータルの時間も短くて済む。よって、ＰＧＡソケットモジュール１の生産性の向上を図ることができる。
【００４２】
なお、本発明は例えば次のように変更することが可能である。
（１）図５に示される別例１のモジュール４４のような構成としてもよい。ここでは、フランジ部２９の下面側に細軸部分を突出してなる第２のソケット状ピン３２が用いられている。同ピン３２の細軸部分は、ＦＰＣ２のスルーホール３３の上面側開口に挿通され、かつそのランド部３３ａにはんだ付けされている。一方、同スルーホール３３の下面側開口には、外部接続用ピン７のかしめ部２３がかしめ付けられかつはんだ付けされている。また、スルーホール３３内には絶縁体としてのプリプレグ３４が介在されており、それによって製造過程における樹脂による穴埋まり等の防止が図られている。
【００４３】
（２）図６に示される別例２のモジュール４５のように、フレキシブル基材層３５ａとリジッド基材層３５ｂとからなるＦＰＣ３５を変換基板として使用してもよい。このモジュール４５では、ソケット３の側面よりも張り出した延出領域１８の付け根はフレキシブル基材層３５ａのみとなっており、当該部分がこのＦＰＣ３５における湾曲可能部位Ｂ1 となっている。従って、このモジュール４５では実施形態と比べて肉厚になるものの、外形寸法については小型化を図ることができる。
【００４４】
（３）図７に示される別例３のように、延出部分１８を両側に２つ設けたモジュール４６としてもよい。この構成であると、ＦＰＣ２を２箇所において湾曲させることができる。
【００４５】
（４）図８に示される別例４のように、実施形態等に比較して延出部分１８を長くしたモジュール４７であってもよい。この構成であると、ＦＰＣ２を湾曲させた場合に延出部分１８をソケット３の上面にまで到らしめることができる。
【００４６】
（５）変換基板として使用したＦＰＣ２は、６層板以外の多層板（例えば、2,3,4,5,7,8,9,10,11,12層板等）であってもよい。ＦＰＣ２の構成簡略化や低コスト化や湾曲性を優先したい場合には層数を少なくすればよく、外形寸法の低減による小型化や高機能化を優先したい場合には層数を多くすればよい。
【００４７】
（６）かしめ部２３の形状は、図３（ｂ）に示されたもののみに限定されるわけではなく、圧入時に塑性変形して穴部分の内壁面に密着しうるものであればどのようなものでもよい。
【００４８】
ここで、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想をその効果とともに以下に列挙する。
（１） 請求項１において、前記外部接続用ピンの基端部には、偏平状に潰してなるかしめ部が設けられていることを特徴とするＰＧＡソケットモジュール。この構成であると、第２のスルーホールに対してピンを確実にかしめ付けることができ、ピンの支持強度を向上させることができる。
【００４９】
（２） 請求項１又は２，技術的思想１において、前記各ピンは一括はんだ付けによって接合されていることを特徴としたＰＧＡソケットモジュール。この構成であると、ピンの支持強度や位置精度を向上させることができる。
【００５０】
なお、本明細書中において使用した技術用語を次のように定義する。
「はんだ： 共晶はんだ等のように鉛及び錫を主成分として含むＰｂ−Ｓｎ系のはんだをいうほか、Ａｕ系、Ｉｎ系、Ｂｉ系等のようなＰｂレスのはんだも含む。」
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、大型化、構成の複雑化、高コスト化を伴うことなく処理の高速化を達成することができるＰＧＡソケットモジュールを提供することができる。
【００５２】
上記の効果に加えて、ピン立て作業が容易になることによりモジュールの製造容易化を図ることができる。また、ソケット搭載部分の剛性向上によって肉薄な配線板の使用が許容されるものとなり、さらなる全体の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態のＰＧＡソケットモジュールを示す概略分解斜視図。
【図２】同ソケットモジュールの概略側面図。
【図３】（ａ）は第１のソケット状ピンを示す斜視図、（ｂ）は外部接続用ピンを示す斜視図、（ｃ）は第２のソケット状ピンを示す斜視図。
【図４】同ソケットモジュールを示す要部拡大部分断面図。
【図５】別例１のソケットモジュールを示す要部拡大部分断面図。
【図６】別例２のソケットモジュールを示す概略側面図。
【図７】別例３のソケットモジュールを示す概略側面図。
【図８】別例４のソケットモジュールを示す概略側面図。
【図９】従来におけるＰＧＡの搭載構造を示す概略側面図。
【図１０】従来におけるＰＧＡの搭載構造を示す概略側面図。
【符号の説明】
１，４４，４５，４６，４７…ＰＧＡソケットモジュール、２，３５…変換基板としてのＦＰＣ、３…ソケット、６…第１のソケット状ピン、７…外部接続用ピン、１５，４５…第２のソケット状ピン、１８…延出領域、２４…ＰＧＡ、３１…Ｉ／Ｏピン、Ｂ1 …湾曲可能部位。

Claims (2)

1. 複数の外部接続用ピンを備える変換基板の上面側に、ＰＧＡのＩ／Ｏピンが挿抜可能な複数のソケット状ピンを備えるソケットを配置してなるＰＧＡソケットモジュールであって、
   前記変換基板としてのフレキシブルプリント配線板と、前記変換基板を貫通する第１のソケット状ピンと、前記変換基板の上面側に形成された導体回路のパッドに対して先端部がはんだ付けされている第２のソケット状ピンと、前記第２のソケット状ピンの真下に位置し、前記変換基板の下面からの前記第１のソケット状ピンの突出量と同程度に突出し、前記変換基板の下面側に形成されたブラインドバイアホールに基端部がかしめ付けされ、かつはんだ付けされている外部接続用ピンと、前記パッドと外部接続用ピンとの間に配置形成され、前記変換基板の内層に引き回される導体パターンと、を備えることを特徴とするＰＧＡソケットモジュール。
2. 前記変換基板において前記ソケットの側面よりも張り出した延出領域に湾曲可能部位を設けたことを特徴とした請求項１に記載のＰＧＡソケットモジュール。

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